以探究式教學(xué)凸顯概念的功能與價(jià)值
——以“密度”教學(xué)為例

張 婕|浙江省舟山市沈家門第一初級(jí)中學(xué)

概念教學(xué)容易陷入一個(gè)誤區(qū)，即把概念單純性地認(rèn)為是科學(xué)家的規(guī)定，不需要對(duì)概念進(jìn)行探究式教學(xué)，只要能認(rèn)識(shí)、記憶、使用概念就可以了。因此在實(shí)際教學(xué)中，教師總是先將概念得出，然后就把重點(diǎn)放在推理和應(yīng)用上，“重”闡釋和推演的練習(xí)性，“輕”引入與建構(gòu)過程，忽視對(duì)概念建立的真實(shí)意義、實(shí)際過程以及新觀念的形成等方面的教學(xué)。這就導(dǎo)致學(xué)生對(duì)概念的來歷缺少認(rèn)知，只知道“是什么”，而不知道“從哪里來、到哪里去”，難以感受到概念的功能與價(jià)值。而在物理教學(xué)中凸顯概念的功能與價(jià)值，可消除傳統(tǒng)教學(xué)只注重知識(shí)灌輸?shù)谋锥?；引?dǎo)學(xué)生探索概念的普遍聯(lián)系和規(guī)律本質(zhì)，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)化理解，可提升其科學(xué)思維、探究實(shí)踐及解決實(shí)際問題的能力和素養(yǎng)。下面，筆者以“密度”教學(xué)為例，談?wù)勍癸@概念的功能與價(jià)值的策略。

一、現(xiàn)行教材“密度”相關(guān)內(nèi)容的邏輯解析

在浙教版義務(wù)教育教科書《科學(xué)》與人教版義務(wù)教育教科書《物理》中，“密度”概念都安排在“質(zhì)量”概念之后。前者以“鑒別體積相同的三種金屬物質(zhì)”活動(dòng)導(dǎo)入，提出問題，引出探究活動(dòng)“物質(zhì)的質(zhì)量與體積的比值關(guān)系”，就此得出密度的概念和計(jì)算公式。后者先通過舉例提出問題“同種物質(zhì)的質(zhì)量與它的體積成正比嗎”并作探究，然后通過數(shù)據(jù)和圖像引導(dǎo)學(xué)生得出同種物質(zhì)的質(zhì)量與體積成正比的結(jié)論，最后得到“同種物質(zhì)的質(zhì)量與體積的比值是固定的，不同種物質(zhì)的質(zhì)量與體積的比值一般不同”，從而得出密度的概念和公式［1］。

兩版教材的安排在教學(xué)邏輯上主要有兩個(gè)問題：其一，二者都沒有用比值定義法，而嘗試用其他方法來引出密度概念；其二，忽視了“密度”教學(xué)中的重要問題，即為什么要用質(zhì)量與體積的比值來定義密度。教材只回答密度是什么，而不回答為什么如此探究，這就很難讓學(xué)生真實(shí)掌握密度的概念及其功能與價(jià)值。事實(shí)上，目前大部分教師在“密度”教學(xué)中普遍存在這種問題。

從兩版教材的整體安排上來看，密度是引領(lǐng)學(xué)生走進(jìn)物理體系的一個(gè)“關(guān)鍵概念”和“節(jié)點(diǎn)概念”。筆者認(rèn)為，密度概念應(yīng)當(dāng)是建立在質(zhì)量與體積關(guān)系基礎(chǔ)上的比值定義概念。對(duì)這一方法、概念，學(xué)生均是第一次接觸，在此之前，有大量關(guān)于密度的迷思概念存在于學(xué)生大腦之中，如“鐵比棉花重”等，且學(xué)生在數(shù)學(xué)上還缺乏“正比例”的熟練運(yùn)用。因此，學(xué)生要直接得出質(zhì)量和體積的關(guān)系，從而掌握“密度是物質(zhì)的一種特性”的概念，是有一定難度的。如按部就班地照教材的教學(xué)邏輯來教學(xué)，學(xué)生可能只會(huì)背密度的公式卻不能深刻理解其功能與價(jià)值，且會(huì)因不能打破大量前概念而出現(xiàn)邏輯混亂，為后續(xù)的物理學(xué)習(xí)埋下隱患。

二、凸顯功能與價(jià)值的“密度”教學(xué)思路

（一）全面認(rèn)識(shí)密度的功能與價(jià)值

概念具有豐富的內(nèi)涵與靈魂，也就是它的功能與價(jià)值，而密度是最基本、最重要的物理概念之一，具有典型的物理代表意義。在“密度”教學(xué)中，教師要厘清密度概念與比值定義間的邏輯關(guān)系，以有序深入地開展教學(xué)。從密度概念的核心內(nèi)容來看，它反映的是構(gòu)成物質(zhì)微粒的密集程度；從概念本身的功能與價(jià)值來看，它為鑒別物質(zhì)增添新視角，它是比顏色和氣味更隱蔽的特性，能提升學(xué)生對(duì)物質(zhì)特性的認(rèn)識(shí)水平。

（二）凸顯功能與價(jià)值的“密度”教學(xué)邏輯

密度這類概念的教學(xué)，要追溯其本源性問題。我們可參照科學(xué)探究的過程來教學(xué)物理概念，讓學(xué)生通過動(dòng)手做等方式親身經(jīng)歷學(xué)習(xí)，理解和應(yīng)用科學(xué)的研究方法，以此凸顯密度概念的功能與價(jià)值。在“密度”教學(xué)中，筆者設(shè)計(jì)了問題線索和對(duì)應(yīng)的教學(xué)思路（詳見圖1），不斷引導(dǎo)學(xué)生在探究過程中建構(gòu)概念，逐步形成對(duì)概念的認(rèn)識(shí)。

圖1 “密度”教學(xué)問題線索和對(duì)應(yīng)的教學(xué)思路

三、凸顯功能與價(jià)值的“密度”教學(xué)策略

（一）情境導(dǎo)入，初見觀點(diǎn)

蘇霍姆林斯基說，如果教師沒有讓學(xué)生產(chǎn)生高昂的情緒和振奮大腦的狀態(tài)，就直接要求學(xué)生記住知識(shí)點(diǎn)，那么這種方式只會(huì)讓人有冷漠感，更容易給沒有興奮點(diǎn)的大腦帶來疲勞。而選用生活化的情境導(dǎo)入課堂，是吸引學(xué)生注意力、調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性的有效途徑，因此筆者選擇與密度概念相關(guān)的物質(zhì)體積、質(zhì)量的比較來設(shè)計(jì)情境并切入主題。

筆者先讓學(xué)生聯(lián)系生活實(shí)際說出區(qū)別常見物質(zhì)的方法，接著按教材步驟讓學(xué)生鑒別體積相同的銅、鐵、鋁，再根據(jù)學(xué)生回答提出如下問題引導(dǎo)學(xué)生深入思考：（1）“掂一掂”真的可靠嗎？（2）我們?cè)谟谩暗唷眳^(qū)分鋁塊、鐵塊和銅塊時(shí)，需要什么條件？（在學(xué)生回答后再讓他們掂一掂體積不同的兩種金屬并作判斷，學(xué)生感覺無奈，開始對(duì)自己的經(jīng)驗(yàn)產(chǎn)生懷疑）（3）如果體積不同，用“掂一掂”還能區(qū)分嗎？

經(jīng)歷以上環(huán)節(jié)，學(xué)生逐漸意識(shí)到單憑顏色、氣味這些明顯的特性來鑒別物質(zhì)是不夠的，如果有兩個(gè)物理量（如質(zhì)量和體積）同時(shí)在影響要比較的物體，就無法進(jìn)行判斷，由此引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，暴露迷思概念。學(xué)生經(jīng)思考、探究后，初步形成基本觀點(diǎn)：一定條件下，不同物質(zhì)的質(zhì)量與體積可能存在一定的關(guān)系。

（二）問題驅(qū)動(dòng)，形成觀點(diǎn)

提問是通過一個(gè)點(diǎn)去點(diǎn)亮另一個(gè)點(diǎn)，通過一扇門去打開更多的門。在探究式課堂中，學(xué)生的主動(dòng)參與源自于內(nèi)心的驅(qū)動(dòng)力，而最合適的驅(qū)動(dòng)力則是由當(dāng)前情境引發(fā)的疑問和問題，它能激發(fā)學(xué)生獲取、處理相關(guān)信息并尋找解決問題的方法，推進(jìn)課堂教學(xué)。筆者以如下問題串帶動(dòng)學(xué)生探究。

問題1：如果物體的質(zhì)量和體積都不同，如何鑒別物質(zhì)呢？

筆者引導(dǎo)學(xué)生分析生活中的事例，提問：“某深海魚油5升72元、2.5升38元，哪種更劃算？”學(xué)生想到兩種辦法：一是控制變量法，以2.5 升或5 升為準(zhǔn)比較花費(fèi)的錢；二是比值定義法，都取1升的體積比較花費(fèi)的錢。經(jīng)過交流，學(xué)生發(fā)現(xiàn)必須選擇相同的標(biāo)準(zhǔn)，才能使比較的結(jié)果有意義，由此形成“認(rèn)識(shí)1”。

認(rèn)識(shí)1：只能取相同的體積，比較物體的質(zhì)量大??；或者取相同質(zhì)量，可比較物體的體積大小。

師：采用“掂一掂”鑒別物質(zhì)，不能只比較質(zhì)量或者體積，而應(yīng)設(shè)置一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，以保證變量唯一。此標(biāo)準(zhǔn)可以是平均體積，如1 立方米、1 立方厘米等。這種1 個(gè)單位的體積就叫單位體積。

初中生由于受知識(shí)、能力等制約，在形成某種新概念的過程中，往往要以日常生活中的感性材料為基礎(chǔ)，然后在解決問題的推動(dòng)下，才能與一些科學(xué)研究方法（控制變量法、類比遷移法等）相結(jié)合。

問題2：物體的質(zhì)量與體積之間存在怎樣的關(guān)系？

學(xué)生根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)對(duì)問題提出猜想：“同種物質(zhì)，體積越大，質(zhì)量越大；如果體積增大到原來的兩倍，質(zhì)量也增大到原來的兩倍?！庇谑?，筆者安排學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，分別測量多組體積不同的鋁塊、木塊的質(zhì)量和體積，記錄數(shù)據(jù)，計(jì)算相應(yīng)的質(zhì)量與體積之比，然后對(duì)比分析各組數(shù)據(jù)，用描點(diǎn)作圖法作圖并得出結(jié)論。學(xué)生由此形成“認(rèn)識(shí)2”。

認(rèn)識(shí)2：同種物質(zhì)組成的物質(zhì)質(zhì)量與體積的比值相同，不同物質(zhì)組成的物體質(zhì)量與體積之比一般不相同。

筆者以問題驅(qū)動(dòng)學(xué)生一步步對(duì)質(zhì)量與體積的關(guān)系進(jìn)行深入研究，使學(xué)生更好地認(rèn)識(shí)了科學(xué)探究。

（三）模型建立，加深理解

新課教學(xué)時(shí)，學(xué)生往往難以理解抽象的概念，而建立模型則能幫助學(xué)生直觀地理解概念，并發(fā)展抽象思維和發(fā)散思維。為研究對(duì)象建模時(shí)，教師需要先讓學(xué)生認(rèn)識(shí)和理解其本質(zhì)概念，并通過各種形象生動(dòng)的方法，幫助學(xué)生建立起能合理簡化研究對(duì)象的物理模型。筆者以如下問題串帶領(lǐng)學(xué)生建構(gòu)模型，加深理解。

問題3：為什么不同物質(zhì)單位體積的質(zhì)量不同？請(qǐng)從微觀的角度分析。

筆者引導(dǎo)學(xué)生回顧剛剛學(xué)習(xí)過的分子結(jié)構(gòu)模型知識(shí)，比較不同模型中微?？障兜牟顒e，讓學(xué)生從微觀角度直觀形象地理解：構(gòu)成物質(zhì)的微?？障恫煌瑫?huì)造成物質(zhì)內(nèi)部的緊密程度不同。學(xué)生由此形成“認(rèn)識(shí)3”。

認(rèn)識(shí)3：構(gòu)成物體的微粒的密集程度不同但體積相同的物體，往往質(zhì)量也不同。

問題4：如何比較構(gòu)成物質(zhì)的疏密程度？怎樣來描述它呢？

筆者引導(dǎo)學(xué)生用畫圖建模法來表示物質(zhì)質(zhì)量與體積的比值，學(xué)生在探究中得出：質(zhì)量與體積的比值越大，表示這個(gè)物體微觀層面上的疏密程度越密；質(zhì)量相同而體積不同，則體積與質(zhì)量的比值越大，表明這個(gè)物體微觀疏密程度越稀疏。

師：若需要用一個(gè)物理量來表示物體的疏密程度，應(yīng)選質(zhì)量與體積的比值還是體積與質(zhì)量的比值呢？用物體體積除以質(zhì)量來定義物體微觀的疏密程度，這在科學(xué)上沒有問題，但由此會(huì)使比值越大而疏密程度越小，這不符合常規(guī)的思維習(xí)慣，因此我們習(xí)慣采用質(zhì)量與體積的比值來定義密集程度。

此外，學(xué)生在討論中產(chǎn)生了意外的疑問：“冰和水是同種物質(zhì)，冰變成水，它的密集程度會(huì)發(fā)生變化嗎？”筆者給學(xué)生點(diǎn)贊并舉生活中常見的“冰塊漂浮在水面”事例，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到冰的密集程度要小，冰變成水密集程度會(huì)變化。

畫圖建模的方式可使學(xué)生更加直觀地理解“物質(zhì)的密度不同是由于表示物體的疏密程度不同”，以及選擇用質(zhì)量與體積的比值來定義也是遵循了人們的習(xí)慣性思維。當(dāng)然，如果學(xué)生通過畫圖仍然不能理解，教師還可舉生活中的其他事例，如擠公交車時(shí)，人的多和少即為相同體積內(nèi)的疏密程度不同，也就相當(dāng)于密度不同，以此引導(dǎo)學(xué)生對(duì)概念進(jìn)行遷移。

（四）比值定義，建立概念

在這一環(huán)節(jié)，筆者首先提問：“在科學(xué)上我們把構(gòu)成物體的物質(zhì)的疏密程度稱為密度，基于以上認(rèn)識(shí)，你能給密度一個(gè)準(zhǔn)確的科學(xué)描述嗎？”經(jīng)過思考與交流，不同小組的學(xué)生給出的答案雖然不盡相同，但都能抓住概念的內(nèi)涵與外延。

師：我們把某種物質(zhì)單位體積的質(zhì)量叫作這種物質(zhì)的密度，從上述探究式教學(xué)活動(dòng)中可得到，密度的概念定義是：密度=質(zhì)量/體積。

在上述教學(xué)活動(dòng)中，學(xué)生能感知到不同物質(zhì)的密度一般不同，因此可利用密度來區(qū)分不同的物質(zhì)，即密度是物質(zhì)的特性，由物質(zhì)本身決定，跟構(gòu)成物體的質(zhì)量、體積無關(guān)。再結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)“溫度升高，體積會(huì)變大而質(zhì)量不變”，即可得出：同種物質(zhì)在相同的條件下（如溫度、壓強(qiáng)、物態(tài)）密度是相同的，外界條件改變，物質(zhì)的密度會(huì)發(fā)生變化。經(jīng)過這樣的探究活動(dòng)，學(xué)生就可明確：在凸顯密度的功能與價(jià)值時(shí)，要清晰地認(rèn)識(shí)到密度的“變”與“不變”。

筆者還作了如下補(bǔ)充說明，以幫助學(xué)生更好地理解與應(yīng)用密度概念。

一般來說，不同的物質(zhì)，其密度是不同的，因此密度可作為鑒別物質(zhì)的依據(jù)。但有些物質(zhì)的密度很接近甚至相等，因此密度不是鑒別物質(zhì)的唯一依據(jù)。

質(zhì)量與體積的比值本質(zhì)上反映了物質(zhì)的一種特有屬性，因此用其來表示物質(zhì)微觀層面的疏密程度，密度概念就順勢而得，如此我們就巧妙地完成了用比值定義法建立密度概念。

（五）生活應(yīng)用，凸顯功能與價(jià)值

將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到生活中，不僅能促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和鞏固，而且能凸顯概念教學(xué)的功能與價(jià)值。因此在教學(xué)的最后環(huán)節(jié)，筆者要求學(xué)生利用密度概念解釋日常生活中的一些現(xiàn)象或問題。如:（1）將一瓶封口處略下陷的酸奶放入冰箱的冷凍室數(shù)小時(shí)后，酸奶瓶將會(huì)發(fā)生什么變化？為什么會(huì)有這樣的變化？（2）自來水管在冬天為什么容易脹破？（3）路面因水結(jié)冰為什么會(huì)形成洞坑？

在運(yùn)用密度公式解決實(shí)際問題時(shí)，學(xué)生根據(jù)已知量和待求量進(jìn)行解析，逐漸養(yǎng)成遇到類似問題時(shí)舉一反三、觸類旁通的能力。

綜上，在探究式教學(xué)中凸顯概念的功能與價(jià)值，既能培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)建構(gòu)能力和探究能力，又能從概念本身豐富學(xué)生區(qū)分和鑒別物質(zhì)的方法，轉(zhuǎn)變學(xué)生的迷思概念。概念不應(yīng)該是生硬的文字，其建立是有來龍去脈的，因此教師應(yīng)關(guān)注概念建構(gòu)的過程，挖掘概念背后的功能與價(jià)值，如具體應(yīng)用的方法和策略、對(duì)重要概念本質(zhì)的歸納概括等，并給予學(xué)生充足的時(shí)間和留白的空間，以發(fā)揮學(xué)生的主體性作用，幫助學(xué)生形成新視角、新觀念、新感悟，甚至科學(xué)和哲學(xué)角度的意義［2］。